KR20110074655A - 피가공물의 가공 방법, 피가공물의 분할 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

피가공물의 가공 방법, 피가공물의 분할 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

(과제) 가공 흔적에 있어서의 광흡수가 저감되고, 그리고 사파이어로부터의 빛의 취출 효율을 높일 수 있음과 함께 고속 처리가 가능한, 피(被)가공물에 분할 기점을 형성하는 가공 방법 및 이것을 실현하는 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 초단(超短) 펄스의 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광마다의 피조사 영역이 피가공물에 있어서 이산적으로 형성되도록 펄스 레이저광을 피가공물에 조사하고, 개개의 단위 펄스광이 피조사 위치에 조사될 때의 충격 또는 응력에 의해, 피조사 영역끼리의 사이에서 피가공물의 벽개 또는 열개를 차례로 발생시킴으로써, 피가공물에 분할을 위한 기점을 형성한다.

Description

피가공물의 가공 방법, 피가공물의 분할 방법 및 레이저 가공 장치 {PROCESSING METHOD FOR WORKPIECE, METHOD FOR DIVIDING THE SAME, AND LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 레이저광을 조사하여 피(被)가공물을 가공하는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
펄스 레이저광을 조사하여 피가공물을 가공하는 기술(이하, 단순히 레이저 가공 또는 레이저 가공 기술이라고도 함)로서 여러 가지의 것이 이미 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 특허문헌 4 참조).
특허문헌 1에 개시되어 있는 것은, 피가공물인 다이를 분할할 때에, 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의해 분할 예정선을 따라서 단면 V자형의 홈(브레이크 홈)을 형성하고, 이 홈을 기점(起點)으로 하여 다이를 분할하는 수법이다. 한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 것은, 디포커스 상태의 레이저광을 피가공물(피분할체)의 분할 예정선을 따라서 조사함으로써 피조사 영역에 주위보다도 결정 상태가 무너진 단면 대략 V자형의 융해 개질 영역(변질 영역)을 발생시키고, 이 융해 개질 영역의 최하점을 기점으로 하여 피가공물을 분할하는 수법이다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 기술을 이용하여 분할 기점을 형성하는 경우는 모두, 그 후의 분할이 양호하게 행해지기 위해, 레이저광의 주사 방향인 분할 예정선 방향을 따라서 균일한 형상의 V자형 단면(홈 단면 또는 변질 영역 단면)을 형성하는 것이 중요하다. 그것을 위한 대응으로서, 예를 들면, 1 펄스마다의 레이저광의 피조사 영역(빔 스폿)이 전후에서 중복되도록 레이저광의 조사가 제어된다.
예를 들면, 레이저 가공의 가장 기본적인 파라미터인, 반복 주파수(단위 kHz)를 R로 하고, 주사 속도(단위 mm/sec)를 V로 할 때, 양자의 비(V/R)가 빔 스폿의 중심 간격이 되지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 기술에 있어서는, 빔 스폿끼리 중복이 발생하도록, V/R가 1㎛ 이하가 되는 조건으로 레이저광의 조사 및 주사가 행해진다.
또한, 특허문헌 3에는, 표면에 적층부를 갖는 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써 기판 내부에 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역을 절단의 기점으로 하는 실시 형태가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 1개의 분리선에 대하여 복수회의 레이저광 주사를 반복하여, 분리선 방향으로 연속되는 홈부 및 개질부와, 분리선 방향으로 연속되지 않는 내부 개질부를 깊이 방향의 상하로 형성하는 실시 형태가 개시되어 있다.
한편, 특허문헌 5에는, 펄스폭이 psec 오더라고 하는 초단(超短) 펄스의 레이저광을 이용한 가공 기술로서, 펄스 레이저광의 집광 스폿 위치를 조정함으로써, 피가공물(판체)의 표층 부위로부터 표면에 이르러 미소(微少) 크랙이 군생(群生)한 미소한 용해 흔적을 형성하고, 이들 용해 흔적이 이어진 선 형상의 분리 용이화 영역을 형성하는 실시 형태가 개시되어 있다.
일본공개특허공보 2004－9139호 국제공개공보 제2006/062017호 일본공개특허공보 2007－83309호 일본공개특허공보 2008－98465호 일본공개특허공보 2005－271563호
레이저광에 의해 분할 기점을 형성하고, 그 후, 브레이커에 의해 분할을 행한다는 수법은, 종래부터 행해지고 있는 기계적 절단법인 다이아몬드 스크라이빙과 비교하여, 자동성·고속성·안정성·고정밀도성에 있어서 유리하다.
그러나, 사파이어 등의 경취성(硬脆性) 그리고 광학적으로 투명한 재료로 이루어지는 기판 위에, LED 구조 등의 발광 소자 구조를 형성한 피가공물을 칩(chip;분할 소편(素片)) 단위로 분할하는 경우, 레이저 가공의 결과 발생하는 가공 흔적이, 발광 소자 내부에서 발생한 빛을 흡수해 버려, 소자로부터의 빛의 취출 효율을 저하시켜 버린다는 문제가 있다. 특히, 굴절률이 높은 사파이어 기판을 이용한 발광 소자 구조인 경우에 이러한 문제가 현저하다.
본 발명의 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 피가공물의 피가공 위치에, 당해 피가공물의 벽개성(劈開性) 또는 열개성(裂開性)을 이용한 미세한 요철을 형성하고, 당해 위치에서의 전(全)반사율을 저하시키는 것이, 전술한 문제점을 해결함과 함께, 레이저 가공 흔적이 존재하지 않는 다이아몬드 스크라이빙과 비교해도 더욱 높은 빛의 취출 효율을 실현하는 데에 유효하고, 이러한 요철의 형성은, 초단 펄스의 레이저광을 이용함으로써 매우 적합하게 행할 수 있다는 인식을 얻었다.
특허문헌 1 내지 특허문헌 5에 있어서는, 이러한 문제점에 대한 인식이 있다고는 인정되지 않고, 피가공물의 벽개성 또는 열개성을 이용하는 실시 형태에 대해서 아무런 개시도 시사도 이루어지고 있지 않다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 가공 흔적에 있어서의 광흡수가 저감되고, 또한 사파이어로부터의 빛의 취출 효율을 높일 수 있음과 함께, 고속 처리가 가능한, 피가공물에 분할 기점을 형성하는 가공 방법 및 이를 실현하는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 피가공물에 분할 기점을 형성하기 위한 가공 방법으로서, 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광마다의 피조사 영역이 피가공물에 있어서 이산적(離散的)으로 형성되도록 상기 펄스 레이저광을 상기 피가공물에 조사함으로써, 상기 피조사 영역끼리의 사이에서 피가공물의 벽개 (劈開) 또는 열개(裂開)를 차례로 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명은, 피가공물에 분할 기점을 형성하기 위한 가공 방법으로서, 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광이 피가공물에 이산적으로 조사되도록 상기 펄스 레이저광을 피가공물에 조사하고, 상기 개개의 단위 펄스광이 피조사 위치에 조사될 때에 발생하는 충격 또는 응력에 의해 직전에 또는 동시에 조사된 상기 단위 펄스광의 피조사 위치와의 사이에서 벽개 또는 열개를 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 상기 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가공 방법으로서, 상기 펄스 레이저광이, 펄스폭이 100psec 이하의 단(短)펄스광인 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 하나에 기재된 가공 방법으로서, 적어도 2개의 상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 벽개 또는 열개 용이 방향에 있어서 서로 이웃하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명은, 청구항 4에 기재된 가공 방법으로서, 상기 적어도 2개의 상기 피조사 영역의 형성을, 상기 피가공물의 상이한 2개의 상기 벽개 또는 열개 용이 방향에 있어서 교대로 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 발명은, 청구항 4에 기재된 가공 방법으로서, 모든 상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 벽개 또는 열개 용이 방향을 따라서 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 하나에 기재된 가공 방법으로서, 상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 상이한 2개의 벽개 또는 열개 용이 방향에 대하여 등가인 방향에 있어서 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 8의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5의 어느 하나에 기재된 가공 방법으로서, 상기 펄스 레이저광의 출사원(出射源)과 상기 피가공물을 상대 이동시키면서, 상기 펄스 레이저광의 출사 방향을 당해 상대 이동 방향과 수직인 면 내에서 주기적으로 변화시킴으로써, 상기 피가공물에 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 복수의 상기 피조사 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 9의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5의 어느 하나에 기재된 가공 방법으로서, 상기 펄스 레이저광의 복수의 출사원과 상기 피가공물을 상대 이동시키면서, 상기 복수의 출사원의 각각으로부터의 상기 단위 펄스광의 조사 타이밍을 주기적으로 변화시킴으로써, 상기 피가공물에 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 복수의 상기 피조사 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 10의 발명은, 피가공물을 분할하는 방법으로서, 청구항 1 내지 청구항 9의 어느 하나에 기재된 방법에 의해 분할 기점이 형성된 피가공물을, 상기 분할 기점을 따라서 분할하는 것을 특징으로 한다.
청구항 11의 발명은, 펄스 레이저광을 발하는 광원과, 피가공물이 올려놓여지는 스테이지를 구비하는 레이저 가공 장치로서, 상기 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광마다의 피조사 영역이 상기 스테이지에 올려놓여진 상기 피가공물에 있어서 이산적으로 형성되도록 상기 스테이지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저광을 상기 피가공물에 조사함으로써, 상기 피조사 영역끼리의 사이에서 피가공물의 벽개 또는 열개를 차례로 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 12의 발명은, 펄스 레이저광을 발하는 광원과, 피가공물이 올려놓여지는 스테이지를 구비하는 레이저 가공 장치로서, 상기 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광이 상기 스테이지에 올려놓여진 상기 피가공물에 이산적으로 조사되도록 상기 스테이지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저광을 피가공물에 조사하고, 상기 개개의 단위 펄스광이 피조사 위치에 조사될 때에 발생하는 충격 또는 응력에 의해 직전에 또는 동시에 조사된 상기 단위 펄스광의 피조사 위치와의 사이에 벽개 또는 열개를 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 상기 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 13의 발명은, 청구항 11 또는 청구항 12에 기재된 레이저 가공 장치로서, 상기 광원으로부터 발해진 상기 펄스 레이저광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 상기 펄스 레이저광의 광로를 실제로 혹은 가상적으로 복수 설정함과 함께, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 설정한 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 광로 설정 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 14의 발명은, 청구항 13에 기재된 레이저 가공 장치로서, 상기 광원으로부터의 상기 단위 펄스광의 출사 타이밍에, 상기 광로 설정 수단에 의한 광로의 전환 타이밍을 동기시킴으로써, 개개의 상기 단위 펄스광에 의한 피조사 영역의 형성 예정 위치에 대하여, 상기 복수의 광로 중의 상기 형성 예정 위치에 대응하는 광로로 상기 단위 펄스광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
청구항 15의 발명은, 청구항 13 또는 청구항 14에 기재된 레이저 가공 장치로서, 상기 광로 설정 수단은, 상기 광원으로부터 발해진 상기 펄스 레이저광의 광로를 복수로 분기시킴으로써 상기 복수의 광로를 설정하고, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 상기 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 것을 특징으로 한다.
청구항 16의 발명은, 청구항 15에 기재된 레이저 가공 장치로서, 상기 광로 설정 수단이, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광 중, 상기 피가공물에 피조사 영역을 형성하는 타이밍에 도달한 상기 펄스 레이저광만을 상기 피가공물에 대하여 출사시킴과 함께 상기 타이밍에 도달해 있지 않은 상기 펄스 레이저광을 차단 또는 감쇠시킴으로써, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 상기 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 것을 특징으로 한다.
청구항 17의 발명은, 청구항 16에 기재된 레이저 가공 장치로서, 상기 광로 설정 수단이, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광의 각각에 대하여, 상기 피가공물에 대하여 조사시키는 통과 상태와 차단 또는 감쇠시키는 비(非)통과 상태를 설정 가능한 광로 선택 기구를 구비하고, 상기 광로 선택 기구는, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광 중, 상기 피가공물에 피조사 영역을 형성하는 타이밍에 도달한 상기 펄스 레이저광만을 통과 상태로 하고, 상기 피가공물에 대하여 출사시킴과 함께 상기 타이밍에 도달해 있지 않은 상기 펄스 레이저광을 비통과 상태로 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 17의 발명에 의하면, 피가공물의 변질이나 비산 등의 발생을 국소적인 것에 그치게 하는 한편, 피가공물의 벽개 또는 열개를 적극적으로 발생시킴으로써, 종래보다도 지극히 고속으로, 피분할체에 대하여 분할 기점을 형성할 수 있다.
특히, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 9의 발명에 의하면, 형성한 분할 기점을 따라서 피가공물을 분할한 경우의 분할 단면으로서 피분할체의 표면 근방에, 서로 이웃하는 벽개 또는 열개면끼리 요철이 형성되도록, 분할 기점을 형성할 수 있다. 피가공물이, 사파이어 등의 경취성 그리고 광학적으로 투명한 재료로 이루어지는 기판 위에, LED 구조 등의 발광 소자 구조를 형성한 것인 경우에, 기판의 분할 단면에 이러한 요철 형상을 형성함으로써, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 청구항 13 내지 청구항 17의 발명에 의하면, 상이한 2개의 벽개 또는 열개 용이 방향의 대칭축이 되는 방향이 가공 예정선의 방향이 되는 가공을, 보다 고속으로 그리고 효율적으로 행할 수 있다.
도 1은 제1 가공 패턴에 의한 가공에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 제1 가공 패턴에서의 벽개/열개 가공에 의해 분할 기점을 형성한 피가공물의 표면에 대한 광학 현미경 상(像)이다.
도 3은 제1 가공 패턴에 따른 가공에 의해 분할 기점을 형성한 사파이어 C면 기판을, 당해 분할 기점을 따라서 분할한 후의, 표면(c면)에서 단면에 걸친 SEM상이다.
도 4는 제2 가공 패턴에 의한 가공 실시 형태를 모식적으로(schematically) 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 가공 패턴에서의 벽개/열개 가공에 의해 분할 기점을 형성한 피가공물의 표면에 대한 광학 현미경 상이다.
도 6은 제2 가공 패턴에 따른 가공에 의해 분할 기점을 형성한 사파이어 c면 기판을, 당해 분할 기점을 따라서 분할한 후의, 표면(c면)에서 단면에 걸친 SEM상이다.
도 7은 제3 가공 패턴에 의한 가공 실시 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 제3 가공 패턴에 있어서의 가공 예정선과 피조사 영역의 형성 예정 위치와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(50)의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 10은 광로 설정 수단(5)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
＜가공의 원리＞
우선, 이하에 나타내는 본 발명의 각 실시 형태에 있어서 실현되는 가공의 원리를 설명한다. 본 발명에 있어서 행해지는 가공은, 개략적으로 말하면, 펄스 레이저광(이하, 단순히 레이저광이라고도 함)을 주사하면서 피가공물의 상면에 조사함으로써, 개개의 펄스마다의 피조사 영역의 사이에서 피가공물의 벽개 또는 열개를 차례로 발생시켜 나아가, 각각에 있어서 형성된 벽개면 또는 열개면의 연속면으로서 분할을 위한 기점(분할 기점)을 형성하는 것이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 열개란, 벽개면 이외의 결정면을 따라서 피가공물이 대략 규칙적으로 갈라지는 현상을 가리키는 것으로 하며, 당해 결정면을 열개면이라고 칭한다. 또한, 결정면에 완전하게 따른 미시적인 현상인 벽개나 열개 이외에, 거시적인 분열인 크랙이 거의 일정한 결정 방위를 따라서 발생하는 경우도 있다. 물질에 따라서는 주로 벽개, 열개 또는 크랙 중 어느 하나만이 일어나는 것도 있지만, 이후에 있어서는, 설명의 번잡을 피하기 위해, 벽개, 열개, 및 크랙을 구별하지 않고 벽개/열개 등으로 총칭한다. 또한, 전술과 같은 실시 형태의 가공을, 단순히 벽개/열개 가공 등이라고도 칭하는 경우가 있다.
이하에 있어서는, 피가공물이 육방정(六方晶)의 단결정 물질로서, 그 a1축, a2축, 및 a3축의 각 축 방향이, 벽개/열개 용이 방향인 경우를 예로 설명한다. 예를 들면, c면 사파이어 기판 등이 이에 해당된다. 육방정의 a1축, a2축, a3축은, c면 내에 있어서 서로 120°씩의 각도를 이루어 서로 대칭의 위치에 있다. 본 발명의 가공에는, 이들 축의 방향과 가공 예정선의 방향(가공 예정 방향)과의 관계에 따라, 몇 가지 패턴이 있다. 이하, 이들에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는, 개개의 펄스마다 조사되는 레이저광을 단위 펄스광이라고 칭한다.
＜제1 가공 패턴＞
제1 가공 패턴은, a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향의 어느 것인가와 가공 예정선과가 평행한 경우의 벽개/열개 가공의 실시 형태이다. 보다 일반적으로 말하면, 벽개/열개 용이 방향과 가공 예정선의 방향이 일치하는 경우의 가공 실시 형태이다.
도 1은, 제1 가공 패턴에 의한 가공 실시 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서는, a1축 방향과 가공 예정선(L)이 평행한 경우를 예시하고 있다. 도 1(a)은, 이러한 경우의 a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향과 가공 예정선(L)과의 방위 관계를 나타내는 도면이다. 도 1(b)는, 레이저광의 1펄스째의 단위 펄스광이 가공 예정선(L)의 단부의 피조사 영역(RE1)에 조사된 상태를 나타내고 있다.
일반적으로, 단위 펄스광의 조사는, 피가공물의 극미소 영역에 대하여 높은 에너지를 부여하는 점에서, 이러한 조사는, 피조사면에 있어서 단위 펄스광(레이저광)의 피조사 영역 상당 또는 피조사 영역보다도 넓은 범위에 있어서 물질의 변질·용융·증발 제거 등을 발생시킨다.
그런데 , 단위 펄스광의 조사 시간 즉 펄스폭을 지극히 짧게 설정하면, 레이저광의 스폿 사이즈보다 좁은, 피조사 영역(RE1)의 대략 중앙 영역에 존재하는 물질이, 조사된 레이저광으로부터 운동 에너지를 얻음으로써 피조사면에 수직인 방향으로 비산하거나 변질되거나 하는 한편, 이러한 비산에 수반하여 발생하는 반력을 비롯한 단위 펄스광의 조사에 의해 발생하는 충격이나 응력이, 당해 피조사 영역의 주위, 특히, 벽개/열개 용이 방향인 a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향으로 작용한다. 이에 따라, 당해 방향을 따라서, 외관상은 접촉 상태를 유지하면서도 미소한 벽개 또는 열개가 부분적으로 발생하거나 혹은, 벽개나 열개에까지는 도달하지 않아도 열적(熱的)인 왜곡이 내재되는 상태가 발생한다. 바꿔 말하면, 초단 펄스의 단위 펄스광의 조사가, 벽개/열개 용이 방향을 향하는 상면에서 보아 대략 직선 형상의 약강도 부분을 형성하기 위한 구동력으로서 작용하고 있다고도 말할 수 있다.
도 1(b)에 있어서는, 상기 각 벽개/열개 용이 방향에 있어서 형성되는 약강도(弱强度) 부분 중, 가공 예정선(L)의 연재 방향과 합치하는 ＋a1 방향에 있어서의 약강도 부분(W1)을 파선 화살표로 모식적으로 나타내고 있다.
계속해서, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 레이저광의 2펄스째의 단위 펄스광이 조사되고, 가공 예정선(L) 상에 있어서 피조사 영역(RE1)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 피조사 영역(RE2)이 형성되면, 1펄스째와 동일하게, 이 2펄스째에 있어서도, 벽개/열개 용이 방향을 따른 약강도 부분이 형성되게 된다. 예를 들면, －a1 방향에는 약강도 부분(W2a)이 형성되고, ＋a1 방향에는 약강도 부분(W2b)이 형성되게 된다.
단, 이 시점에 있어서는, 1펄스째의 단위 펄스광의 조사에 의해 형성된 약강도 부분(W1)이 약강도 부분(W2a)의 연재(extend) 방향으로 존재한다. 즉, 약강도 부분(W2a)의 연재 방향은 다른 개소보다도 작은 에너지로 벽개 또는 열개가 발생할 수 있는 개소로 되어 있다. 그 때문에, 실제로는, 2펄스째의 단위 펄스광의 조사가 이루어지면, 그때에 발생하는 충격이나 응력이 벽개/열개 용이 방향 및 그 전에 존재하는 약강도 부분에 전파되어, 약강도 부분(W2a)으로부터 약강도 부분(W1)에 걸쳐, 완전한 벽개 또는 열개가, 거의 조사의 순간에 발생한다. 이에 따라, 도 1(d)에 나타내는 벽개/열개면(C1)이 형성된다. 또한, 벽개/열개면(C1)은, 피가공물의 도면에서 보아 수직인 방향에 있어서 수㎛∼수십㎛ 정도의 깊이에까지 형성될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 벽개/열개면(C1)에 있어서는, 강한 충격이나 응력을 받은 결과로서 결정면의 미끄러짐이 발생해, 깊이 방향으로 기복이 발생한다.
그리고, 도 1(e)에 나타내는 바와 같이, 그 후, 가공 예정선(L)을 따라서 레이저광을 주사함으로써 피조사 영역(RE1, RE2, RE3, RE4…)에 차례로 단위 펄스광을 조사해 나가면, 이에 따라서, 벽개/열개면(C2, C3…)이 차례로 형성되어 나가게 된다. 이러한 실시 형태로 벽개/열개면을 연속적으로 형성하는 것이, 제1 가공 패턴에 있어서의 벽개/열개 가공이다.
즉, 제1 가공 패턴에 있어서는, 가공 예정선(L)을 따라서 이산적으로 존재하는 복수의 피조사 영역과, 그들 복수의 피조사 영역의 사이에 형성된 벽개/열개면이, 전체적으로, 피가공물을 가공 예정선(L)을 따라서 분할할 때의 분할 기점이 된다. 이러한 분할 기점의 형성 후는, 소정의 지그나 장치를 이용한 분할을 행함으로써, 가공 예정선(L)을 거의 따르는 실시 형태로 피가공물을 분할할 수 있다.
또한, 이러한 벽개/열개 가공을 실현하려면 , 펄스폭이 짧은, 단펄스의 레이저광을 조사할 필요가 있다. 구체적으로는, 펄스폭이 100psec 이하의 레이저광을 이용하는 것이 필요하다. 예를 들면, 1psec∼50psec 정도의 펄스폭을 갖는 레이저광을 이용하는 것이 매우 적합하다.
한편, 단위 펄스광의 조사 피치(피조사 스폿의 중심 간격)는, 최대라도 4㎛∼15㎛ 정도인 것이 매우 적합하다. 이보다도 조사 피치가 크면, 벽개/열개 용이 방향에 있어서의 약강도 부분의 형성이 벽개/열개면을 형성할 수 있을 정도로까지 진전하지 않는 경우가 발생하기 때문에, 전술한 바와 같은 벽개/열개면으로 이루어지는 분할 기점을 확실하게 형성한다는 관점에서는 바람직하지 않다.
이제, 레이저광의 반복 주파수가 R(kHz)인 경우, 1/R(msec)마다 단위 펄스광이 레이저 광원으로부터 발해지게 된다. 피가공물에 대하여 레이저광이 상대적으로 속도 V(mm/sec)로 이동하는 경우, 조사 피치Δ(㎛)는 Δ=V/R로 정해진다. 따라서, 레이저광의 주사 속도(V)와 반복 주파수는 Δ이 수㎛ 정도가 되도록 정해진다. 예를 들면, 주사 속도(V)는 50mm/sec∼3000mm/sec 정도이고, 반복 주파수(R)가 10kHz∼200kHz 정도인 것이 매우 적합하다. V나 R의 구체적인 값은, 피가공물의 재질이나 흡수율, 열전도율, 융점 등을 감안하여 적절히 정해져도 좋다.
레이저광은, 약 1㎛∼10㎛ 정도의 빔 지름으로 조사되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 레이저광의 조사에 있어서의 피크 파워 밀도는 대략 0.1TW/㎠∼수 10 TW/㎠가 된다.
또한, 레이저광의 조사 에너지(펄스 에너지)는 0.1μJ∼50μJ의 범위 내에서 적절히 정해져도 좋다.
도 2는, 제1 가공 패턴에서의 벽개/열개 가공에 의해 분할 기점을 형성한 피가공물의 표면에 대한 광학 현미경 상이다. 구체적으로는, 사파이어 c면 기판을 피가공물로 하고, 그 c면 상에, a1축 방향을 가공 예정선(L)의 연재 방향으로 하여 7㎛의 간격으로 피조사 스폿을 이산적으로 형성하는 가공을 행한 결과를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 결과는, 실제의 피가공물이 전술한 메커니즘으로 가공되어 있는 것을 시사하고 있다.
또한, 도 3은, 제1 가공 패턴에 따른 가공에 의해 분할 기점을 형성한 사파이어 c면 기판을, 당해 분할 기점을 따라서 분할한 후의, 표면(c면)에서 단면에 걸친 SEM(주사 전자 현미경) 상이다. 또한, 도 3에 있어서는, 표면과 단면과의 경계 부분을 파선으로 나타내고 있다.
도 3에 있어서 관찰되는, 당해 표면으로부터 10㎛ 전후의 범위에 대략 등간격으로 존재하는, 피가공물의 표면으로부터 내부로 길이 방향을 갖는 가늘고 긴 삼각 형상 또는 바늘 형상의 영역이, 단위 펄스광의 조사에 의해 직접 변질이나 비산 제거 등의 현상이 발생한 영역(이하, 직접 변질 영역이라고 함)이다. 그리고, 그들 직접 변질 영역의 사이에 존재하는, 도면에서 보아 좌우 방향으로 길이 방향을 갖는 줄무늬 형상 부분이 서브 미크론 피치로 도면에서 보아 상하 방향으로 다수 이어져 있는 것처럼 관찰되는 영역이, 벽개/열개면이다. 이들 직접 변질 영역 및 벽개/열개면보다도 하방이 분할에 의해 형성된 분할면이다.
또한, SEM상에 있어서 줄무늬 형상 부분으로서 관찰되고 있는 것은, 실제로는, 벽개/열개면에 형성된, 0.1㎛∼1㎛ 정도의 높낮이 차이를 갖는 미소한 요철이다. 이러한 요철은, 사파이어와 같은 경취성의 무기 화합물을 대상으로 벽개/열개 가공을 행할 때에, 단위 펄스광의 조사에 의해 피가공물에 강한 충격이나 응력이 작용함으로써, 특정의 결정면에 미끄러짐이 발생함으로써 형성된 것이다.
이러한 미세한 요철은 존재하지만, 도 3에서는, 파선 부분을 경계로 표면과 단면이 거의 직교하고 있다고 판단되는 점에서, 미세한 요철이 가공 오차로서 허용되는 한에 있어서, 제1 가공 패턴에 의해 분할 기점을 형성하고, 피가공물을, 당해 분할 기점을 따라서 분할함으로써, 피가공물을 그 표면에 대하여 거의 수직으로 분할할 수 있다고 말할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 이러한 미세한 요철을 적극적으로 형성하는 것이 바람직한 경우도 있다. 예를 들면, 다음에 서술하는 제2 가공 패턴에 의한 가공에 의해 현저하게 얻어지는 빛 취출 효율의 향상이라는 효과를, 제1 가공 패턴에 의한 가공에 의해서도 어느 정도는 얻을 수 있는 경우가 있다.
＜제2 가공 패턴＞
제2 가공 패턴은, a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향의 어느 것인가와 가공 예정선과가 수직인 경우의 벽개/열개 가공의 실시 형태이다. 또한, 제2 가공 패턴에 있어서 이용하는 레이저광의 조건은 제1 가공 패턴과 동일하다. 보다 일반적으로 말하면, 상이한 2개의 벽개/열개 용이 방향에 대하여 등가인 방향(2개의 벽개/열개 용이 방향의 대칭축이 되는 방향)이 가공 예정선의 방향이 되는 경우의 가공 실시 형태이다.
도 4는, 제2 가공 패턴에 의한 가공 실시 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서는, a1축 방향과 가공 예정선(L)이 직교하는 경우를 예시하고 있다. 도 4(a)는, 이러한 경우의 a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향과 가공 예정선(L)과의 방위 관계를 나타내는 도면이다. 도 4(b)는, 레이저광의 1펄스째의 단위 펄스광이 가공 예정선(L)의 단부(端部)의 피조사 영역(RE11)에 조사된 상태를 나타내고 있다.
제2 가공 패턴의 경우도, 초단 펄스의 단위 펄스광을 조사함으로써, 제1 가공 패턴과 동일하게, 약강도 부분이 형성된다. 도 4(b)에 있어서는, 상기 각 벽개/열개 용이 방향에 있어서 형성되는 약강도 부분 중, 가공 예정선(L)의 연재 방향으로 가까운 -a2 방향 및 ＋a3 방향에 있어서의 약강도 부분(W11a, W12a)을 파선 화살표로 모식적으로 나타내고 있다.
그리고, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 레이저광의 2펄스째의 단위 펄스광이 조사되고, 가공 예정선(L) 상에 있어서 피조사 영역(RE1)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 피조사 영역(S12)이 형성되면, 1펄스째와 동일하게, 이 2펄스째에 있어서도, 벽개/열개 용이 방향을 따른 약강도 부분이 형성되게 된다. 예를 들면, －a3 방향에는 약강도 부분(W11b)이 형성되고, ＋a2 방향에는 약강도 부분(W12b)이 형성되고, ＋a3 방향에는 약강도 부분(W11c)이 형성되고, －a2 방향에는 약강도 부분(W12c)이 형성되게 된다.
이러한 경우도, 제1 가공 패턴의 경우와 동일하게, 1펄스째의 단위 펄스광의 조사에 의해 형성된 약강도 부분(W11a, W12a)이 각각, 약강도 부분(W11b, W12b)의 연재 방향으로 존재하기 때문에, 실제로는, 2펄스째의 단위 펄스광의 조사가 이루어지면, 그때에 발생하는 충격이나 응력이 벽개/열개 용이 방향 및 그 앞에 존재하는 약강도 부분에 전파된다. 즉, 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 벽개/열개면(C11a, C11b)이 형성된다. 또한, 이러한 경우도, 벽개/열개면(C11a, C11b)은, 피가공물의 도면에서 보아 수직인 방향에 있어서 수㎛∼수십㎛ 정도의 깊이로까지 형성될 수 있다.
계속해서, 도 4(e)에 나타내는 바와 같이 가공 예정선(L)을 따라서 레이저광을 주사하여, 피조사 영역(RE11, RE12, RE13, RE14…)에 차례로 단위 펄스광을 조사해 나가면, 그 조사시에 발생하는 충격이나 응력에 의해, 도면에서 보아 직선 형상의 벽개/열개면(C11a 및 C11b, C12a 및 C12b, C13a 및 C13b, C14a 및 C14b…)이 가공 예정선(L)을 따라서 차례로 형성되어 나가게 된다.
이 결과, 가공 예정선(L)에 관하여 대칭으로 벽개/열개면이 위치하는 상태가 실현된다. 제2 가공 패턴에 있어서는, 가공 예정선(L)을 따라서 이산적으로 존재하는 복수의 피조사 영역과, 그들 지그재그 형상으로 존재하는 벽개/열개면이, 전체로서, 피가공물을 가공 예정선(L)을 따라서 분할할 때의 분할 기점이 된다.
도 5는, 제2 가공 패턴에서의 벽개/열개 가공에 의해 분할 기점을 형성한 피가공물의 표면에 대한 광학 현미경 상이다. 구체적으로는, 사파이어 C면 기판을 피가공물로 하고, 그 C면 상에, a1축 방향에 직교하는 방향을 가공 예정선(L)의 연재 방향으로 하여 7㎛의 간격으로 피조사 스폿을 이산적으로 형성하는 가공을 행한 결과를 나타내고 있다. 도 5로부터는, 실제의 피가공물에 있어서도, 도 4(e)에 모식적으로 나타낸 것과 동일하게 표면에서 보아 지그재그 형상의 벽개/열개면이 확인된다. 이러한 결과는, 실제의 피가공물이 전술한 메커니즘으로 가공되어 있는 것을 시사하고 있다.
또한, 도 6은, 제2 가공 패턴에 따른 가공에 의해 분할 기점을 형성한 사파이어 C면 기판을, 당해 분할 기점을 따라서 분할한 후의, 표면(c면)에서 단면에 걸친 SEM상이다. 또한, 도 6에 있어서는, 표면과 단면과의 경계 부분을 파선으로 나타내고 있다.
도 6으로부터는, 분할 후의 피가공물의 단면의 표면으로부터 10㎛ 전후의 범위에 있어서는, 피가공물의 단면이 도 4(e)에 모식적으로 나타낸 지그재그 형상의 배치에 대응하는 요철을 갖고 있는 것이 확인된다. 이러한 요철을 형성하고 있는 것이 벽개/열개면이다. 또한, 도 6에 있어서의 요철의 피치는 5㎛ 정도이다. 제1 가공 패턴에 의한 가공의 경우와 동일하게, 벽개/열개면은 평탄하지 않고, 단위 펄스광의 조사에 기인하여 특정의 결정면에 미끄러짐이 발생함에 수반되는 서브 미크론 피치의 요철이 발생되어 있다.
또한, 이러한 요철의 볼록부의 위치에 대응하여 표면 부분으로부터 깊이 방향에 걸쳐 연재하는 것이, 직접 변질 영역의 단면이다. 도 3에 나타낸 제1 가공 패턴에 의한 가공에 의해 형성된 직접 변질 영역과 비교하면, 그 형상은 불균일한 것으로 되어 있다. 그리고, 이들 직접 변질 영역 및 벽개/열개면보다도 하방이 분할에 의해 형성된 분할면이다.
제2 가공 패턴에 의한 가공의 경우, 벽개/열개면에 형성된 서브 미크론 피치의 요철에 더하여, 서로 이웃하는 벽개/열개면끼리가 수㎛ 정도의 피치로 요철을 형성하고 있다. 이러한 요철 형상을 갖는 단면을 형성하는 실시 형태는, 사파이어 등의 경취성 그리고 광학적으로 투명한 재료로 이루어지는 기판 위에, LED 구조 등의 발광 소자 구조를 형성한 피가공물을 칩(분할 소편) 단위로 분할하는 경우에 유효하다. 발광 소자의 경우, 레이저 가공에 의해 기판에 형성된 가공 흔적의 개소에 있어서, 발광 소자 내부에서 발생한 빛이 흡수되어 버리면, 소자로부터의 빛의 취출 효율이 저하되어 버리게 되지만, 제1 가공 패턴에 의한 가공을 행함으로써 기판의 가공 단면에 이 도 6에 나타낸 바와 같은 요철을 의도적으로 형성한 경우에는, 당해 위치에서의 전반사율이 저하되어, 발광 소자에 있어서 보다 높은 빛 취출 효율이 실현되게 된다.
＜제3 가공 패턴＞
제3 가공 패턴은, 초단 펄스의 레이저광을 이용하는 점, a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향의 어느 것인가와 가공 예정선과가 수직인(상이한 2개의 벽개/열개 용이 방향에 대하여 등가인 방향이 가공 예정선의 방향이 된다) 점에서는, 제2 가공 패턴과 동일하지만, 레이저광의 조사 실시 형태가 제2 가공 패턴과 상이하다.
도 7은, 제3 가공 패턴에 의한 가공 실시 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 7에 있어서는, a1축 방향과 가공 예정선(L)이 직교하는 경우를 예시하고 있다. 도 7(a)는, 이러한 경우의 a1축 방향, a2축 방향, a3축 방향과 가공 예정선(L)과의 방위 관계를 나타내는 도면이다.
전술한 제2 가공 패턴에서는, 도 7(a)에 나타낸 것과 동일한 방위 관계 아래, 레이저광을, 가공 예정선(L)의 연재 방향인, a2축 방향과 a3축 방향의 정확히 한가운데인 방향(a2축 방향과 a3축 방향에 대하여 등가인 방향)을 따라서 직선적으로 주사하고 있었다. 제3 가공 패턴에서는, 이를 대신하여, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 개개의 피조사 영역이, 가공 예정선(L)을 사이에 두는 2개의 벽개/열개 용이 방향으로 교대로 따르는 실시 형태에서 지그재그 형상으로 형성되도록, 각각의 피조사 영역을 형성하는 단위 펄스광이 조사된다. 도 7의 경우이면, －a2 방향과 ＋a3 방향을 교대로 따라서 피조사 영역(RE21, RE22, RE23, RE24, RE25…)이 형성되어 있다.
이러한 실시 형태로 단위 펄스광이 조사된 경우도, 제1 및 제2 가공 패턴과 동일하게, 각각의 단위 펄스광의 조사에 수반하여, 피조사 영역의 사이에 벽개/열개면이 형성된다. 도 7(b)에 나타내는 경우이면, 피조사 영역(RE21, RE22, RE23, RE24, RE25…)이 이 순서로 형성됨으로써, 벽개/열개면(C21, C22, C23, C24…)이 차례로 형성된다.
결과적으로, 제3 가공 패턴에 있어서는, 가공 예정선(L)을 축으로 하는 지그재그 형상의 배치에서 이산적으로 존재하는 복수의 피조사 영역과, 각각의 피조사 영역의 사이에 형성되는 벽개/열개면이, 전체로서, 피가공물을 가공 예정선(L)을 따라서 분할될 때의 분할 기점이 된다.
그리고, 당해 분할 기점을 따라서 실제로 분할을 행한 경우에는, 제2 가공 패턴과 동일하게, 분할 후의 피가공물의 단면의 표면으로부터 10㎛ 전후의 범위에 있어서는, 벽개/열개면에 의한 수㎛ 피치의 요철이 형성된다. 또한, 각각의 벽개/열개면에는, 제1 및 제2 가공 패턴의 경우와 동일하게, 단위 펄스광의 조사에 기인하여 특정의 결정면에 미끄러짐이 발생한 것에 수반되는 서브 미크론 피치의 요철이 발생한다.
따라서, 이러한 제3 가공 패턴에 의한 가공의 경우도, 제2 패턴에 의한 가공과 동일하게, 벽개/열개면에 형성된 서브 미크론 피치의 요철에 더하여, 벽개/열개면끼리에 의해 수㎛ 정도의 피치의 요철이 형성되기 때문에, 제3 가공 패턴에 의한 가공을, 발광 소자를 대상으로 행한 경우도, 얻어진 발광 소자는, 전술한 바와 같은 빛의 취출 효율의 향상이라고 하는 관점에서는 보다 매우 적합한 것이 된다.
또한, 피가공물의 종류에 따라서는, 보다 확실히 벽개/열개를 발생시키기 위해, 모두 가공 예정선(L) 상의 위치인, 도 7(b)의 피조사 영역(RE21)과 피조사 영역(RE22)의 중점(中點), 피조사 영역(RE22)과 피조사 영역(RE23)의 중점, 피조사 영역(RE23)과 피조사 영역(RE24)의 중점, 피조사 영역(RE24)과 피조사 영역(RE25)의 중점…에도, 피조사 영역을 형성하도록 해도 좋다.
그런데, 제3 가공 패턴에 있어서의 피조사 영역의 배치 위치는, 부분적으로는 벽개/열개 용이 방향을 따라서 있다. 전술한 바와 같이 가공 예정선(L) 상의 중점 위치에도 피조사 영역을 형성하는 경우에 대해서도 동일하다. 즉, 제3 가공 패턴은, 적어도 2개의 피조사 영역을, 피가공물의 벽개/열개 용이 방향에 있어서 서로 이웃하여 형성한다는 점에서, 제1 가공 패턴과 공통된다고도 할 수도 있다. 따라서, 견해를 바꾸면, 제3 가공 패턴은, 레이저광을 주사하는 방향을 주기적으로 달리하면서 제1 가공 패턴에 의한 가공을 행하고 있는 것이라고 파악할 수도 있다.
또한, 제1 및 제2 가공 패턴의 경우는, 피조사 영역이 일직선 상에 위치하기 때문에, 레이저광의 출사원을 가공 예정선을 따라서 일직선상으로 이동시켜, 소정의 형성 대상 위치에 도달할 때마다 단위 펄스광을 조사하여 피조사 영역을 형성하면 좋고, 이러한 형성 실시 형태가 가장 효율적이다. 그런데, 제3 가공 패턴의 경우, 피조사 영역을 일직선 상이 아니라 지그재그 형상으로 형성하기 때문에, 레이저광의 출사원을 실제로 지그재그 형상으로 이동시키는 수법뿐만이 아니라, 여러 가지 수법으로 피조사 영역을 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 출사원의 이동이란, 피가공물과 출사원과의 상대 이동을 의미하고 있으며, 피가공물이 고정되어 출사원이 이동하는 경우뿐만 아니라, 출사원이 고정되어 피가공물이 이동하는(실제로는 피가공물을 올려놓는 스테이지가 이동하는) 실시 형태도 포함하고 있다.
예를 들면, 출사원과 스테이지를 가공 예정선에 평행하게 등속으로 상대 이동시키면서, 레이저광의 출사 방향을 가공 예정선에 수직인 면 내에서 주기적으로 변화시키는 것 등에 의해, 전술한 바와 같은 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 실시 형태로 피조사 영역을 형성하는 것도 가능하다.
혹은, 복수의 출사원을 평행하게 등속으로 상대 이동시키면서, 개개의 출사원으로부터의 단위 펄스광의 조사 타이밍을 주기적으로 변화시킴으로써, 전술한 바와 같은 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 실시 형태로 피조사 영역을 형성하는 것도 가능하다.
도 8은, 이들 2가지 경우의 가공 예정선과 피조사 영역의 형성 예정 위치와의 관계를 나타내는 도면이다. 어느 경우나, 도 8에 나타내는 바와 같이, 피조사 영역(RE21, RE22, RE23, RE24, RE25…)의 형성 예정 위치(P21, P22, P23, P24, P25…)를 바야흐로 가공 예정선(L)에 평행한 직선(L1, L2) 상에 교대로 설정하고, 직선(L1)을 따른 형성 예정 위치(P21, P23, P25…)에서의 피조사 영역의 형성과, 직선(L2)을 따른 형성 예정 위치(P22, P24…)에서의 피조사 영역의 형성을, 동시 병행적으로 행하는 것이라고 파악할 수 있다.
또한, 출사원을 지그재그 형상으로 이동시키는 경우, 레이저광의 출사원을 직접 이동시킨다고 해도, 피가공물이 올려놓여지는 스테이지를 이동시킴으로써 레이저광을 상대적으로 주사시킨다고 해도, 출사원 혹은 스테이지의 이동은 2축 동시 동작이 된다. 이에 대하여, 출사원 혹은 스테이지만을 가공 예정선에 평행으로 이동시키는 동작은 1축 동작이다. 따라서, 출사원의 고속 이동 즉 가공 효율의 향상을 실현하는 데에 있어서는, 후자 쪽이 보다 적합하다고 말할 수 있다.
이상의 각 가공 패턴에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 행해지는 벽개/열개 가공은, 단위 펄스광의 이산적인 조사를, 주로 피가공물에 있어서 연속적인 벽개/열개를 발생시키기 위한 충격이나 응력을 부여하는 수단으로서 이용하는 가공 형태이다. 피조사 영역에 있어서의 피가공물의 변질이나 비산 등은, 어디까지나 부수적인 것으로서 국소적으로 발생하는 것에 지나지 않는다. 이러한 특징을 갖는 본 실시 형태의 벽개/열개 가공은, 단위 펄스광의 조사 영역을 오버랩시키면서, 연속적 혹은 단속적으로 변질·용융·증발 제거를 발생시킴으로써 가공을 행하는 종래의 가공 수법과는, 그 메커니즘이 본질적으로 상이한 것이다.
그리고, 개개의 피조사 영역에 순간적으로 강한 충격이나 응력이 가해지면 되기 때문에, 레이저광을 고속으로 주사하면서 조사하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 최대로 1000mm/sec라고 하는 매우 고속인 주사 즉 고속 가공이 실현 가능하다. 종래의 가공 방법에서의 가공 속도는 겨우 200mm/sec 정도인 것을 감안하면, 그 차이는 현저하다. 당연히, 본 실시 형태에 있어서 실현되는 가공 방법은 종래의 가공 방법에 비하여 현격히 생산성을 향상시키는 것이라고 말할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 벽개/열개 가공은, 전술한 각 가공 패턴과 같이 피가공물의 결정 방위(벽개/열개 용이 방향의 방위)와 가공 예정선이 소정의 관계에 있는 경우에 특히 유효하지만, 적용 대상은 이들에 한정되지 않고, 원리적으로는, 양자가 임의의 관계에 있는 경우나 피가공물이 다결정체인 경우에도 적용 가능하다. 이들의 경우, 가공 예정선에 대하여 벽개/열개가 발생하는 방향이 반드시 일정하지 않기 때문에, 분할 기점에서 불규칙한 요철이 발생할 수 있지만, 피조사 영역의 간격이나, 펄스폭을 비롯한 레이저광의 조사 조건을 적절히 설정함으로써, 이러한 요철이 가공 오차의 허용 범위 내에 그친 실용상 문제가 없는 가공을 행할 수 있다.
＜레이저 가공 장치의 개요＞
다음으로, 전술한 여러 가지 가공 패턴에 의한 가공을 실현 가능한 레이저 가공 장치에 대해서 설명한다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(50)의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 레이저 가공 장치(50)는, 레이저광 조사부(50A)와, 관찰부(50B)와, 예를 들면 석영 등의 투명한 부재로 이루어지며, 피가공물(10)을 그 위에 올려놓는 스테이지(7)와, 레이저 가공 장치(50)의 여러 가지 동작(관찰 동작, 얼라인먼트(alignment) 동작, 가공 동작 등)을 제어하는 컨트롤러(1)를 주로 구비한다. 레이저광 조사부(50A)는, 레이저 광원(SL)과 광로 설정 수단(5)을 구비하고, 스테이지(7)에 올려놓여진 피가공물(10)에 레이저광을 조사하는 부위로서, 전술한 레이저광의 출사원에 상당한다. 관찰부(50B)는, 당해 피가공물(10)을 레이저광이 조사되는 측(이것을 표면이라고 함)으로부터 직접 관측하는 표면 관찰과 스테이지(7)에 올려놓여진 측(이것을 이면이라고 함)으로부터 당해 스테이지(7)를 통하여 관찰하는 이면 관찰을 행하는 부위이다.
스테이지(7)는, 이동 기구(7m)에 의해 레이저광 조사부(50A)와 관찰부(50B)와의 사이에서 수평 방향으로 이동 가능하게 되어 이루어진다. 이동 기구(7m)는, 도시하지 않는 구동 수단의 작용에 의해 수평면 내에서 소정의 XY 2축 방향으로 스테이지(7)를 이동시킨다. 이에 따라, 레이저광 조사부(50A) 내에 있어서의 레이저광 조사 위치의 이동이나, 관찰부(50B) 내에 있어서의 관찰 위치의 이동이나, 레이저광 조사부(50A)와 관찰부(50B)와의 사이의 스테이지(7)의 이동 등이 실현되어 이루어진다. 또한, 이동 기구(7m)에 대해서는, 소정의 회전축을 중심으로 한, 수평면 내에 있어서의 회전(θ회전) 동작도, 수평 구동과 독립적으로 행할 수 있게 되어 있다.
또한, 레이저 가공 장치(50)에 있어서는, 표면 관찰과 이면 관찰을 적절히 전환 가능하게 행할 수 있게 되어 있다. 이에 따라, 피가공물(10)의 재질이나 상태에 따른 최적인 관찰을 유연하고 그리고 신속하게 행할 수 있다.
스테이지(7)는 석영 등 투명한 부재로 형성되어 있지만, 그 내부에는, 피가물(10)을 흡착 고정하기 위한 흡기 통로가 되는 도시하지 않는 흡인용 배관이 형성되어 이루어진다. 흡인용 배관은 예를 들면, 스테이지(7)의 소정 위치를 기계 가공에 의해 구멍을 깎음으로써 형성된다.
피가공물(10)을 스테이지(7) 위에 올려놓은 상태에서, 예를 들면 흡인 펌프 등의 흡인 수단(11)에 의해 흡인용 배관에 대하여 흡인을 행하고, 흡인용 배관의 스테이지(7) 재치면측 선단에 형성된 흡인 구멍에 대하여 부압을 부여함으로써, 피가공물(10)(및 투명 시트(4))이 스테이지(7)에 고정되게 되어 있다. 또한, 도 9에 있어서는, 가공 대상인 피가공물(10)이 투명 시트(4)에 접착되어 있는 경우를 예시하고 있지만, 투명 시트(4)의 접착은 필수는 아니다.
＜조명계 및 관찰계＞
관찰부(50B)는, 스테이지(7)에 올려놓여진 피가공물(10)에 대하여 스테이지(7)의 상방으로부터 낙사 조명 광원(S1)으로부터의 낙사 조명광(L1)의 조사와 경사광 조명 광원(S2)으로부터의 경사광 투과 조명광(L2)의 조사를 중첩적으로 행하면서, 스테이지(7)의 상방측으로부터의 표면 관찰 수단(6)에 의한 표면 관찰과, 스테이지(7)의 하방측으로부터의 이면 관찰 수단(16)에 의한 이면 관찰을 행할 수 있도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 낙사 조명 광원(S1)으로부터 발해진 낙사 조명광(L1)이, 도시를 생략하는 경통(lense barrel) 내에 형성된 하프 미러(9)에 반사되어, 피가공물(10)에 조사되게 되어 있다. 또한, 관찰부(50B)는, 하프 미러(9)의 상방(경통의 상방)에 형성된 CCD 카메라(6a)와 당해 CCD 카메라(6a)에 접속된 모니터(6b)를 포함하는 표면 관찰 수단(6)을 구비하고 있어, 낙사 조명광(L1)을 조사시킨 상태에서 리얼 타임으로 피가공물(10)의 명확한 시야상의 관찰을 행할 수 있게 되어 있다.
또한, 관찰부(50B)에 있어서는, 스테이지(7)의 하방에, 보다 바람직하게는, 후술하는 하프 미러(19)의 하방(경통의 하방)에 형성된 CCD 카메라(16a)와 당해 CCD 카메라(16a)에 접속된 모니터(16b)를 포함하는 이면 관찰 수단(16)을 구비하고 있다. 또한, 모니터(16b)와 표면 관찰 수단(6)에 구비되는 모니터(6b)는 공통의 것이어도 좋다.
또한, 스테이지(7)의 하방에 구비되는 동축 조명 광원(S3)으로부터 발해진 동축 조명광(L3)이, 도시를 생략하는 경통 내에 형성된 하프 미러(19)에 반사되어, 집광 렌즈(18)에서 집광된 후, 스테이지(7)를 통하여 피가공물(10)에 조사되게 되어 있어도 좋다. 더욱 바람직하게는, 스테이지(7)의 하방에 경사광 조명 광원(S4)을 구비하고 있어, 경사광 조명광(L4)을, 스테이지(7)를 통하여 피가공물(10)에 대하여 조사할 수 있게 되어 있어도 좋다. 이러한 동축 조명 광원(S3)이나 경사광 조명 광원(S4)은, 예를 들면 피가공물(10)의 표면측에 불투명한 금속층 등이 있어서 표면측으로부터의 관찰이 당해 금속층으로부터의 반사가 발생하여 곤란한 경우 등, 피가공물(10)을 이면측으로부터 관찰할 때에 매우 적합하게 이용할 수 있다.
＜레이저 광원＞
레이저 광원(SL)으로서는, 파장이 500nm∼1600nm인 것을 이용한다. 또한, 전술한 가공 패턴에서의 가공을 실현하기 위해, 레이저광(LB)의 펄스폭은 1psec∼50psec 정도일 필요가 있다. 또한, 반복 주파수(R)는 10kHz∼200kHz 정도, 레이저광의 조사 에너지(펄스 에너지)는 0.1μJ∼50μJ 정도인 것이 매우 적합하다.
또한, 레이저 광원(SL)으로부터 출사되는 레이저광(LB)의 편광 상태는, 원(圓) 편광이라도 직선 편광이라도 좋다. 단, 직선 편광인 경우, 결정성 피가공 재료 중에서의 가공 단면의 구부러짐과 에너지 흡수율의 관점에서, 편광 방향이 주사 방향과 대략 평행하도록, 예를 들면 양자가 이루는 각이 ±1° 이내에 있도록 되는 것이 바람직하다. 또한, 출경사광이 직선 편광인 경우, 레이저 가공 장치(50)는 도시하지 않는 어테뉴에이터(attenuator, 감쇠기)를 구비하는 것이 바람직하다. 어테뉴에이터는 레이저광(LB)의 광로 상의 적절한 위치에 배치되어, 출사된 레이저광(LB)의 강도를 조정하는 역할을 담당한다.
＜광로 설정 수단＞
광로 설정 수단(5)은, 레이저광이 피가공물(10)에 조사될 때의 광로를 설정하는 부위이다. 광로 설정 수단(5)에 의해 설정된 광로에 따라, 피가공물의 소정의 조사 위치(피조사 영역의 형성 예정 위치)에 레이저광이 조사된다.
광로 설정 수단(5)은, 가공 처리의 사이, 레이저 광원(SL)으로부터 발해진 레이저광(LB)이, 그 광로가 고정된 상태에서 피가공물(10)에 조사되도록 할 뿐만 아니라, 레이저 광원(SL)으로부터 발해진 레이저광(LB)이 피가공물(10)에 대하여 조사될 때의 레이저광(LB)의 광로를 실제로 혹은 가상적으로 복수 설정함과 함께, 레이저광(LB)의 개개의 단위 펄스광이 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 설정한 복수의 광로 중에서 차례로 바꾸는 것이 가능하게 구성되어 이루어진다. 후자의 경우, 피가공물(10)의 상면의 복수 개소에 있어서 동시 병행적인 주사가 행해지는 상태, 또는, 가상적으로 그와 같이 보이는 상태가 실현된다. 바꿔 말하면, 이는 레이저광(LB)의 광로를 멀티화하고 있다고 말할 수 있다.
또한, 도 9에 있어서는, 3개의 레이저광(LB0, LB1, LB2)에 의해 3개소에서 주사가 행해지는 경우를 예시하고 있지만, 광로 설정 수단(5)에 의한 광로의 멀티화의 실시 형태는 반드시 이것에는 한정되지 않는다. 광로 설정 수단(5)의 구체적인 구성예에 대해서는 후술한다.
＜컨트롤러＞
컨트롤러(1)는, 전술의 각부의 동작을 제어하고, 후술하는 여러 가지 실시 형태에서의 피가공물(10)의 가공 처리를 실현시키는 제어부(2)와, 레이저 가공 장치(50)의 동작을 제어하는 프로그램(3p)이나 가공 처리시에 참조되는 여러 가지 데이터를 기억하는 기억부(3)를 추가로 구비한다.
제어부(2)는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터나 마이크로 컴퓨터 등의 범용의 컴퓨터에 의해 실현되는 것으로, 기억부(3)에 기억되어 있는 프로그램(3p)이 당해 컴퓨터에 읽혀 실행됨으로써, 여러 가지 구성 요소가 제어부(2)의 기능적 구성 요소로서 실현된다.
구체적으로는, 제어부(2)는, 이동 기구(7m)에 의한 스테이지(7)의 구동이나 집광 렌즈(18)의 초점(focus)맞춤 동작 등, 가공 처리에 관계되는 여러 가지 구동 부분의 동작을 제어하는 구동 제어부(21)와, CCD 카메라(6a 및 16a)에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어부(22)와, 레이저 광원(SL)으로부터의 레이저광(LB)의 조사 및 광로 설정 수단(5)에 있어서의 광로의 설정 실시 형태를 제어하는 조사 제어부(23)와, 흡인 수단(11)에 의한 스테이지(7)로의 피가공물(10)의 흡착 고정 동작을 제어하는 흡착 제어부(24)와, 부여된 가공 위치 데이터(D1)(후술) 및 가공 모드 설정 데이터(D2)(후술)에 따라 가공 대상 위치에 대한 가공 처리를 실행시키는 가공 처리부(25)를 주로 구비한다.
기억부(3)는 ROM이나 RAM 및 하드 디스크 등의 기억 매체에 의해 실현된다. 또한, 기억부(3)는 제어부(2)를 실현하는 컴퓨터의 구성 요소에 의해 실현되는 형태여도 좋고, 하드 디스크의 경우 등, 당해 컴퓨터와는 별개로 형성되는 실시 형태여도 좋다.
기억부(3)에는, 피가공물(10)에 대해서 설정된 가공 예정선의 위치를 기술한 가공 위치 데이터(D1)가 외부로부터 부여되어 기억된다. 또한, 기억부(3)에는, 레이저광의 개개의 파라미터에 대한 조건이나 광로 설정 수단(5)에 있어서의 광로의 설정 조건이나 스테이지(7)의 구동 조건(혹은 그들의 설정 가능 범위) 등이 가공 모드마다 기술된, 가공 모드 설정 데이터(D2)가, 미리 기억되어 있다.
또한, 레이저 가공 장치(50)에 대하여 오퍼레이터가 부여하는 여러 가지 입력 지시는, 컨트롤러(1)에 있어서 실현되는 GUI를 이용하여 행해지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가공 처리부(25)의 작용에 의해 가공 처리용 메뉴가 GUI에서 제공된다. 오퍼레이터는, 이러한 가공 처리용 메뉴에 기초하여, 후술하는 가공 모드의 선택이나, 가공 조건의 입력 등을 행한다.
＜얼라인먼트 동작＞
레이저 가공 장치(50)에 있어서는, 가공 처리에 앞서, 관찰부(50B)에 있어서, 피가공물(10)의 배치 위치를 미세 조정하는 얼라인먼트 동작을 행할 수 있게 되어 있다. 얼라인먼트 동작은, 피가공물(10)에 정해져 있는 XY 좌표축을 스테이지(7)의 좌표축과 일치시키기 위해 행하는 처리이다. 이러한 얼라인먼트 처리는, 전술한 가공 패턴에서의 가공을 행하는 경우에, 피가공물의 결정 방위와 가공 예정선과 레이저광의 주사 방향이 각 가공 패턴에 있어서 요구되는 소정의 관계를 충족시키도록 하는 데에 있어 중요하다.
얼라인먼트 동작은, 공지의 기술을 적용하여 실행하는 것이 가능하고, 가공 패턴에 따라서 적절한 실시 형태로 행해지면 좋다. 예를 들면, 1개의 모 기판(mother substrate)을 이용하여 제작된 다수개의 디바이스 칩을 잘라내는 경우 등, 피가공물(10)의 표면에 반복 패턴이 형성되어 있는 것과 같은 경우이면, 패턴 매칭 등의 수법을 이용함으로써 적절한 얼라인먼트 동작이 실현된다. 이 경우, 개략적으로 말하면, 피가공물(10)에 형성되어 있는 복수의 얼라인먼트용 마크의 촬상 화상을 CCD 카메라(6a 혹은 16a)가 취득하고, 그들 촬상 화상의 촬상 위치의 상대적 관계에 기초하여 가공 처리부(25)가 얼라인먼트량을 특정하고, 구동 제어부(21)가 당해 얼라인먼트량에 따라서 이동 기구(7m)에 의해 스테이지(7)를 이동시킴으로써, 얼라인먼트가 실현된다.
이러한 얼라인먼트 동작을 행함으로써, 가공 처리에 있어서의 가공 위치가 정확하게 특정된다. 또한, 얼라인먼트 동작 종료 후, 피가공물(10)을 올려놓은 스테이지(7)는 레이저광 조사부(50A)로 이동하고, 계속해서 레이저광(LB)을 조사하는 것에 의한 가공 처리가 행해지게 된다. 또한, 관찰부(50B)로부터 레이저광 조사부(50A)로의 스테이지(7)의 이동은, 얼라인먼트 동작시에 상정된 가공 예정 위치와 실제의 가공 위치가 어긋나지 않도록 보증되어 있다.
＜가공 처리의 개략＞
다음으로, 본 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(50)에 있어서의 가공 처리에 대해서 설명한다. 레이저 가공 장치(50)에 있어서는, 레이저 광원(SL)으로부터 발해진 광로 설정 수단(5)을 거친 레이저광(LB)의 조사와, 피가공물(10)이 얹혀져 고정된 스테이지(7)의 이동을 조합함으로써, 광로 설정 수단(5)을 거친 레이저광을 피가공물(10)에 대하여 상대적으로 주사시키면서 피가공물(10)의 가공을 행할 수 있게 되어 있다.
레이저 가공 장치(50)에 있어서는, 레이저광(LB)을 (상대적으로) 주사하는 것에 의한 가공 처리의 모드(가공 모드)로서 기본 모드와 멀티 모드를 택일적으로 선택 가능하게 되어 있는 점에서 특징적이다. 이들 가공 모드는, 전술한 광로 설정 수단(5)에 있어서의 광로의 설정 실시 형태에 따라서 형성되어 이루어진다.
기본 모드는, 광로 설정 수단(5)이 레이저 광원(SL)으로부터 발해진 레이저광(LB)의 광로를 고정적으로 정하는 모드이다. 기본 모드에서는, 레이저광(LB)은 항상 1개의 광로를 통과하여, 피가공물(10)을 올려놓은 스테이지(7)를 소정의 속도로 이동시킴으로써, 레이저광이 피가공물(10)을 한 방향으로 주사하는 실시 형태로의 가공이 실현된다.
기본 모드는, 전술한 제1 및 제2 가공 패턴에서의 가공을 행하는 경우에 매우 적합하게 이용된다. 즉, 가공 예정선(L)이 벽개/열개 용이 방향으로 평행하게 설정된 피가공물(10)에 대해서, 당해 벽개/열개 용이 방향과 스테이지(7)의 이동 방향이 일치하도록 피가공물(10)을 얼라인먼트한 후에, 기본 모드에서의 가공을 행함으로써, 제1 가공 패턴의 가공을 행할 수 있다. 한편, 가공 예정선(L)이 벽개/열개 용이 방향에 수직으로 설정된 피가공물(10)에 대해서, 당해 벽개/열개 용이 방향과 스테이지(7)의 이동 방향이 직교하도록 피가공물(10)을 얼라인먼트한 후에, 기본 모드에서의 가공을 행함으로써, 제2 가공 패턴의 가공을 행할 수 있다.
또한, 원리적으로는, 스테이지(7)의 이동 방향을 적절히 변경함으로써, 제3 가공 패턴에서의 가공에도 적용 가능하다.
한편, 멀티 모드는, 레이저광(LB)의 광로를 실체적으로 혹은 가상적으로 멀티화하여 복수의 광로를 설정하는 모드이다. 이것은, 예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같은, 가공 예정선(L)에 평행한 직선(L1, L2) 혹은 추가로 가공 예정선(L) 자체를 따라서, 실체적으로 혹은 가상적으로 복수의 레이저광을 주사시킴으로써, 결과적으로, 가공 예정선(L)에 반복하여 교차되는 실시 형태로 레이저광을 주사한 경우와 동일한 가공을 실현하는 모드이다. 또한, 가상적으로 복수의 레이저광을 주사시킨다는 것은, 실제로는 기본 모드와 동일하게 1개의 광로로 레이저광을 조사하지만 그 광로를 시간적으로 변화시킴으로써, 복수의 광로로 레이저광을 조사하는 경우와 동일한 주사 실시 형태가 실현되는 것을 말한다.
멀티 모드는, 제3 가공 패턴에서의 가공을 행하는 경우에 매우 적합하게 이용된다. 즉, 제2 가공 패턴의 경우와 동일하게, 가공 예정선(L)이 벽개/열개 용이 방향에 수직으로 설정된 피가공물(10)에 대해서, 당해 벽개/열개 용이 방향과 스테이지(7)의 이동 방향이 직교하도록 피가공물(10)을 얼라인먼트 한 후에, 멀티 모드에서의 가공을 행함으로써, 제3 가공 패턴의 가공을 행할 수 있다.
가공 모드는, 예를 들면, 가공 처리부(25)의 작용에 의해 컨트롤러(1)에 있어서 오퍼레이터에게 이용 가능하게 제공되는 가공 처리 메뉴에 따라 선택할 수 있는 것이 매우 적합하다. 가공 처리부(25)는, 가공 위치 데이터(D1)를 취득함과 함께 선택된 가공 패턴에 대응하는 조건을 가공 모드 설정 데이터(D2)로부터 취득하고, 당해 조건에 따른 동작이 실행되도록, 구동 제어부(21)나 조사 제어부(23) 그 외를 통하여 대응하는 각부의 동작을 제어한다.
예를 들면, 레이저 광원(SL)으로부터 발해지는 레이저광(LB)의 파장이나 출력, 펄스의 반복 주파수, 펄스폭의 조정 등은, 컨트롤러(1)의 조사 제어부(23)에 의해 실현된다. 가공 모드 설정 데이터(D2)에 따른 소정의 설정 신호가 가공 처리부(25)로부터 조사 제어부(23)에 대하여 발해지면, 조사 제어부(23)는 당해 설정 신호에 따라 레이저광(LB)의 조사 조건을 설정한다.
또한, 특히 멀티 모드에서 가공을 행하는 경우, 조사 제어부(23)는, 레이저 광원(SL)으로부터의 단위 펄스광의 출사 타이밍에, 광로 설정 수단(5)에 의한 광로의 전환 타이밍을 동기시킨다. 이에 따라, 개개의 피조사 영역의 형성 예정 위치에 대하여, 광로 설정 수단이 설정한 복수의 광로 중 당해 형성 예정 위치에 대응하는 광로로 단위 펄스광이 조사된다.
또한, 레이저 가공 장치(50)에 있어서는, 가공 처리시, 필요에 따라서, 합초위치를 피가공물(10)의 표면으로부터 의도적으로 어긋나게 한 디포커스 상태로, 레이저광(LB)을 조사하는 것도 가능해지고 있다. 이것은 예를 들면, 스테이지(7)와 광로 설정 수단(5)과의 상대 거리를 조정함으로써 실현된다.
＜광로 설정 수단의 구성예와 그 동작＞
다음으로, 광로 설정 수단(5)의 구체적 구성과, 그 동작의 예에 대해서, 주로 멀티 모드에 있어서의 동작을 대상으로 설명한다.
또한, 이후의 설명에서는, 가공 처리에 임해서는, 피가공물(10)이 올려놓여진 스테이지(7)를 가공 예정선(L)의 연재 방향과 일치하는 이동 방향(D)을 따라서 이동시키면서 가공이 행해지는 것으로 한다.
또한, 멀티 모드에서의 동작에 있어서는, 가공 예정선(L) 상에의 피조사 영역(RE)의 형성시에 조사되는 것이 레이저광(LB0)이며, 가공 예정선(L)에 평행한 직선(Lα) 상에의 피조사 영역(RE)의 형성시에 조사되는 것이 레이저광(LB1)이며, 마찬가지로 가공 예정선(L)에 평행하고, 가공 예정선(L)에 대해서 대칭인 위치에 있는 직선(Lβ) 상에의 피조사 영역(RE)의 형성시에 조사되는 것이, 레이저광(LB2)이라고 한다.
또한, 멀티 모드에서의 제3 가공 패턴의 가공은, 차례로 혹은 동시에 형성되는 복수의 피조사 영역이 벽개/열개 용이 방향을 따라서 위치하도록 함으로써 실현된다.
도 10은, 광로 설정 수단(5)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 광로 설정 수단(5)은, 복수의 하프 미러(53)와, 미러(54)와, 광로 선택 기구(55)와, 렌즈계(52)를 구비한다.
하프 미러(53)와 미러(54)는, 레이저 광원(SL)으로부터 출사되는 레이저광(LB)의 광로를 스테이지(7)의 이동 방향(D)에 수직인 면 내 방향으로 분기시켜 복수의 광로(레이저광(LB0, LB1, LB2)의 광로)를 형성시킬 수 있도록 형성된다. 또한, 하프 미러(53)의 수는 광로의 수에 따라서 정해진다. 도 10에 있어서는 3개의 광로를 얻기 위해 2개의 하프 미러(53)가 형성되어 있다. 이들 하프 미러(53) 및 미러(54)를 구비함으로써, 레이저광(LB)을 출사시키면서 스테이지(7)를 이동시킴으로써, 복수의 레이저광이 피가공물(10)을 주사하는 상태가 실현된다.
광로 선택 기구(55)는, 복수의 광로에 있어서의 피가공물(10)에 대한 레이저광의 출사 타이밍을 제어하기 위해 구비된다. 보다 구체적으로는, 광로 선택 기구(55)는, 하프 미러(53) 및 미러(54)에 의해 분기된 각각의 레이저광의 광로의 도중에 광학 스위치(SW)를 구비하고 있다. 광학 스위치(SW)는, 예를 들면 AOM(음향 광학 변조기)나 EOM(전기 광학기) 등으로 구성되며, ON 상태일 때에 입사된 레이저광을 통과시키고, OFF 상태일 때에는 입사된 레이저광을 차단 혹은 감쇠시키는(비통과 상태로 하는) 기능을 갖는다. 이에 따라, 광로 선택 기구(55)에 있어서는, ON 상태로 되어 있는 광학 스위치(SW)를 통과하는 레이저광만이 피가공물(10)에 조사되게 되어 있다.
이러한 구성을 갖는 광로 설정 수단(5)을 구비하는 레이저 가공 장치(50)의 멀티 모드에서의 동작은, 조사 제어부(23)가, 반복 주파수(R)에 따르는 레이저광(LB)의 단위 펄스광의 출사 타이밍에 따라서 레이저광(LB0, LB1, LB2)의 광로 상의 광학 스위치(SW)가 차례로 그리고 주기적으로 ON 상태가 되도록, 각각의 광학 스위치(SW)의 ON/OFF 동작을 제어함으로써 실현된다. 이러한 제어에 의해, 각 레이저광(LB0, LB1, LB2)이 피조사 영역을 형성하는 타이밍에 도달할 때만 각각의 레이저광(LB0, LB1, LB2)이 광로 선택 기구(55)를 통과하여 피가공물(10)에 조사되게 된다.
즉, 피가공물(10)에 대하여 조사되는 레이저광의 광로가 실제로 복수 형성되어, 이들 복수의 레이저광을, 각각의 단위 펄스광의 조사 타이밍을 달리하면서 동시 병행적으로 주사시킴으로써, 멀티 모드에서의 동작을 행해지고 있다.
또한, 기본 모드에서의 동작은, 예를 들면, 레이저광(LB0, LB1, LB2) 중 어느 하나의 광로 상의 광학 스위치(SW)만을 항상 ON 상태로 하여 레이저광(LB)을 출사하여, 스테이지(7)를 이동시킴으로써 가능하다.
1 : 컨트롤러
2 : 제어부
3 : 기억부
4 : 투명 시트
5 : 광로 설정 수단
7 : 스테이지
7m : 이동 기구
10 : 피가공물
50 : 레이저 가공 장치
53 : 하프 미러
54 : 미러
55 : 광로 선택 기구
C1∼C3, C11a, C11b, C21∼C24 : 벽개/열개면
D : (스테이지(7)의) 이동 방향
L : 가공 예정선
LB, LB0, LB1, LB2 : 레이저광
RE, RE1∼RE4, RE11∼RE15, RE21∼RE25 : 피조사 영역
SL : 레이저 광원
SW : 광학 스위치

Claims (17)

  1. 피(被)가공물에 분할 기점을 형성하기 위한 가공 방법으로서,
    펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광마다의 피조사 영역이 피가공물에 있어서 이산적(離散的)으로 형성되도록 상기 펄스 레이저광을 상기 피가공물에 조사함으로써, 상기 피조사 영역끼리의 사이에서 피가공물의 벽개(劈開) 또는 열개(裂開)를 차례로 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  2. 피가공물에 분할 기점을 형성하기 위한 가공 방법으로서,
    펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광이 피가공물에 이산적으로 조사되도록 상기 펄스 레이저광을 피가공물에 조사하고, 상기 개개의 단위 펄스광이 피조사 위치에 조사될 때의 충격 또는 응력에 의해 직전에 또는 동시에 조사된 상기 단위 펄스광의 피조사 위치와의 사이에 벽개 또는 열개를 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 상기 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스 레이저광이, 펄스폭이 100psec 이하의 단(短) 펄스광인 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 벽개 또는 열개 용이 방향에 있어서 서로 이웃하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 상기 피조사 영역의 형성을, 상기 피가공물의 상이한 2개의 상기 벽개 또는 열개 용이 방향에 있어서 교대로 행하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    모든 상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 벽개 또는 열개 용이 방향을 따라서 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피조사 영역을, 상기 피가공물의 상이한 2개의 벽개 또는 열개 용이 방향에 대하여 등가인 방향에 있어서 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스 레이저광의 출사원(出射源)과 상기 피가공물을 상대 이동시키면서, 상기 펄스 레이저광의 출사 방향을 당해 상대 이동 방향과 수직인 면 내에서 주기적으로 변화시킴으로써, 상기 피가공물에 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 복수의 상기 피조사 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스 레이저광의 복수의 출사원과 상기 피가공물을 상대 이동시키면서, 상기 복수의 출사원의 각각으로부터의 상기 단위 펄스광의 조사 타이밍을 주기적으로 변화시킴으로써, 상기 피가공물에 지그재그 형상의 배치 관계를 충족시키는 복수의 상기 피조사 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 가공 방법.
  10. 피가공물을 분할하는 방법으로서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 방법에 의해 분할 기점이 형성된 피가공물을, 상기 분할 기점을 따라서 분할하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 분할 방법.
  11. 펄스 레이저광을 발하는 광원과,
    피가공물이 올려놓여지는 스테이지
    를 구비하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광마다의 피조사 영역이 상기 스테이지에 올려놓여진 상기 피가공물에 있어서 이산적으로 형성되도록 상기 스테이지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저광을 상기 피가공물에 조사함으로써, 상기 피조사 영역끼리의 사이에서 피가공물의 벽개 또는 열개를 차례로 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  12. 펄스 레이저광을 발하는 광원과,
    피가공물이 올려놓여지는 스테이지
    를 구비하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 펄스 레이저광의 개개의 단위 펄스광이 상기 스테이지에 올려놓여진 상기 피가공물에 이산적으로 조사되도록 상기 스테이지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저광을 피가공물에 조사하고, 상기 개개의 단위 펄스광이 피조사 위치에 조사될 때의 충격 또는 응력에 의해 직전에 또는 동시에 조사된 상기 단위 펄스광의 피조사 위치와의 사이에 벽개 또는 열개를 발생시킴으로써, 상기 피가공물에 상기 분할을 위한 기점을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 광원으로부터 발해진 상기 펄스 레이저광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 상기 펄스 레이저광의 광로를 실제로 혹은 가상적으로 복수 설정함과 함께, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 설정한 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 광로 설정 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 상기 단위 펄스광의 출사 타이밍에, 상기 광로 설정 수단에 의한 광로의 전환 타이밍을 동기시킴으로써, 개개의 상기 단위 펄스광에 의한 피조사 영역의 형성 예정 위치에 대하여, 상기 복수의 광로 중의 상기 형성 예정 위치에 대응하는 광로로 상기 단위 펄스광을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광로 설정 수단은, 상기 광원으로부터 발해진 상기 펄스 레이저광의 광로를 복수로 분기시킴으로써 상기 복수의 광로를 설정하고, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 상기 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광로 설정 수단이, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광 중, 상기 피가공물에 피조사 영역을 형성하는 타이밍에 도달한 상기 펄스 레이저광만을 상기 피가공물에 대하여 출사시킴과 함께 상기 타이밍에 도달해 있지 않은 상기 펄스 레이저광을 차단 또는 감쇠시킴으로써, 상기 펄스 레이저광의 상기 개개의 단위 펄스광이 상기 피가공물에 대하여 조사될 때의 광로를, 상기 복수의 광로 중에서 차례로 전환하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광로 설정 수단이, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광의 각각에 대하여, 상기 피가공물에 대하여 조사시키는 통과 상태와 차단 또는 감쇠시키는 비(非)통과 상태를 설정 가능한 광로 선택 기구를 구비하고,
    상기 광로 선택 기구는, 상기 복수의 광로를 통과하는 상기 펄스 레이저광 중, 상기 피가공물에 피조사 영역을 형성하는 타이밍에 도달한 상기 펄스 레이저광만을 통과 상태로 하고, 상기 피가공물에 대하여 출사시킴과 함께 상기 타이밍에 도달해 있지 않은 상기 펄스 레이저광을 비통과 상태로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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